基于不斷增長的能源需求以及對儲能成本的核算，鈉離子電池有望應(yīng)用于大規(guī)模儲能系統(tǒng)而重新引起了研究者的關(guān)注。負極材料是決定鈉離子電池電化學性能的一個關(guān)鍵性因素。銳鈦礦型TiO₂由于Na⁺在由TiO₆八面體堆垛成的間隙位點中嵌入和脫出，體積變化小，因此具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和長循環(huán)壽命。但是由擴散控制的嵌入/脫出型儲鈉方式，導(dǎo)致電化學反應(yīng)動力學緩慢。而具有快速充放電特征的表面贗電容反應(yīng)具有相對較低的反應(yīng)能壘，可以克服銳鈦礦型TiO₂緩慢的動力學，并且在電化學反應(yīng)過程中電極的結(jié)構(gòu)變化幾乎可以忽略不計。 

　　在本工作中，通過高溫熱解鈦酸四丁酯和聚乙烯吡咯烷酮實現(xiàn)了TiO₂與碳的原位復(fù)合，在兩相界面處形成了Ti–O–C儲鈉通道；以硫脲為摻雜源，引入雜原子N和S，在石墨層上誘導(dǎo)產(chǎn)生表面缺陷，加快Na⁺由表面碳層擴散到近表面Ti-O-C通道的傳質(zhì)。所制備的N/S共摻雜TiO^₂/C復(fù)合納米纖維電極的儲鈉方式是以表面贗電容占主導(dǎo)。 

　　圖1 （a）Ti L邊，（b）O K邊，（c）C K邊和（d）N K邊的XAS譜圖 

　　利用北京同步輻射裝置（BSRF）4B9B-光電子能譜實驗站的XAS技術(shù)獲得樣品的Ti L邊、O K邊、C K邊和N K邊吸收光譜，碳原子與金屬氧化物的氧原子相結(jié)合形成的特征峰，有力地證明了TiO₂/C復(fù)合材料中Ti–O–C鍵的形成。同時，通過第一性原理構(gòu)建了Ti–O–C通道模型，計算Na⁺在儲鈉通道中的擴散能壘。該文章發(fā)表在ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11(19): 17416-17424. 

　　圖2 Na⁺在（a）TiO₆八面體堆垛成的間隙通道，（b）TO-C的Ti–O–C通道以及（c）N/S-TO-C的Ti-O-C通道中的擴散路徑；（d）Na⁺在上述儲鈉通道中的擴散能壘 

　　發(fā)表文章： 

　　Wei Song, Hanqing Zhao*, Jianqi Ye, Mengmeng Kang, Siyu Miao, Zhong Li*. Pseudocapacitive Na⁺ Insertion in Ti–O–C Channels of TiO₂–C Nanofibers with High Rate and Ultrastable Performance. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11:17416-17424.